CN111932375A - 一种区块链的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种区块链的设计方法，通过非交互零知识证明(NIZK)，将交易体系的输入和输出以及交易细节完全隐藏起来，除了交易双方，其他任何人对这些隐藏细节完全是不可见的；对于具有隐藏合约发行资产总数的需求，将在线上运行智能合约内部提供一种名为隐匿数据的隐藏结构，同时只在链下对这种隐匿数据进行计算；采用更为先进的共识机制，提升网络的吞吐量；对于具有隐藏合约内部计算规则的需求，将合约的运行分解为线下计算和线上验证两个步骤，线下计算完全了解运算规则和数据，并给出运算后的加密结果。本发明具有安全可靠、应用广泛等优点。

Description

一种区块链的设计方法

技术领域

本发明涉及区块链领域，尤其是一种区块链的设计方法。

背景技术

在智能合约中，整个行为序列通过网络传播并记录在区块链上，所以是公开可见的，许多个人和组织认为金融交易（例如保险合同或股票交易）是高度机密的，比如多方之间基于某些条款的细节产生的交易，原本可能需要当事人的信息保护，现在却无法做到。所以，缺乏隐私是广泛采用去中心化智能合约的主要障碍，隐私保护技术的匮乏已经成为了去中心化应用普及落地的严重瓶颈，故而相关领域的技术发展进程也备受公众关注。

从最新的技术发展来看，通过采用最新的密码学算法保证隐私功能，例如非交互式零知识证明机制（NIZK）是最有前景的一种改进。但引入加密机制需要对底层协议进行大幅改动，并需要消耗更多的计算资源，影响区块链应用的效率，因此引入的隐私保护机制需要充分考虑节点在计算和存储上的性能、效率和成本。

发明内容

本发明目的在于提供一种安全可靠、应用广泛的区块链的设计方法。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述方法包括以下内容：

在智能合约中执行的动作序列，通过网络传播和/或记录在区块链上，是公开可见的；在图灵完备的区块链网络中，系统的设计，在满足系统能力需求的同时，还必须满足以下基本原则：

不可追踪性，区块链网络中的每一笔交易都具有输入和输出，构建了一个交易的有向无环图，在这个图上可以跟踪所有的交易流向，所有的交易序列都能被串联起来，并以此溯源；设计中要将两个交易之间的链接断开，使攻击无法进行；

不可关联性，区块链网络中每个用户都有自己的收款地址，一旦这个地址跟真实的用户身份关联，那么，在网络中这个地址发生的所有交易，都能关联到这个身份上，该地址一切的行为都暴露无疑；即使用户可以创建新的假名公钥以增加其匿名性，每个假名公钥的所有交易和余额的值都是公开可见的；通过加密技术手段使收款地址无法被关联；

抗统计分析，真实用户的行为具有统计特点，如果区块链网络中的交易数据之间具有反应这样统计特点的关联性，通过对区块链数据的统计分析，就能够一定几率推测出这些地址发生的交易是属于某个特定用户的行为；即使是采用环签名，在面临有作恶的环成员或者节点的时候，抵抗统计分析的能力将会下降；需要通过技术手段将地址以及地址之间的关系完全隐藏；

实用性原则，在对交易数据进行隐藏的同时，并不会将所有的信息都纳入范围内，会兼顾用户已有的使用习惯和痛点，进行阶段性研发。

进一步的，所述设计方法的设计方案如下：

通过非交互零知识证明(NIZK)，将交易体系的输入和输出以及交易细节完全隐藏起来，除了交易双方，其他任何人对这些隐藏细节完全是不可见的，考虑到线上运行智能合约以及公开合约发行资产总数具有普适性的适用性，会保留链上运行的智能合约，将智能合约所产生的资产与本身的交易体系融合，以此来实现智能合约所产生资产的隐私性；

对于具有隐藏合约发行资产总数的需求，将在线上运行智能合约内部提供一种名为隐匿数据的隐藏结构，同时只在链下对这种隐匿数据进行计算；以此来实现隐藏合约发行资产总数的功能；

采用更为先进的共识机制，提升网络的吞吐量；对于具有隐藏合约内部计算规则的需求，将合约的运行分解为线下计算和线上验证两个步骤，线下计算完全了解运算规则和数据，并给出运算后的加密结果，当这个结果提交到线上时，线上节点只会对结果进行有效性验证，以确定其中包含的数据是否符合运算规则，但节点并不知道这些数据和运算规则的详细信息。

在本发明的一些实施例中，所述的线上验证应用数据验证系统进行验证，数据验证系统包括原始数据端、区块链网络、数据验证端以及数据审计端，所述方法包括：

原始数据端针对原始数据端中的原始数据，获取所述原始数据的哈希值，并将所述哈希值发送至区块链；

区块链网络接收针对原始数据的哈希值，将该哈希值存储在区块链的最新区块上；

数据审计端获取针对原始数据的哈希值；将所述哈希值作为主键，获取该哈希值在区块链上的存储地址并将该存储地址作为值，生成对应于所述原始数据的键值对；

数据验证端根据对应于原始数据的目标数据，获取所述目标数据的哈希值；将所述哈希值编码至查询请求中，并将所述查询请求发送至数据审计端；

数据审计端接收数据验证端发送的数据查询请求，根据所述查询请求，判断是否能够获取与所述查询请求中的哈希值匹配的键值对；若是，向数据验证端发送第一预设信息，其中，所述第一预设信息包括：与所述查询请求中的哈希值匹配的键值对中的存储地址；若否，向数据验证端发送第二预设信息，其中，所述第二预设信息包括：空值；所述数据审计端中存储有对应于目标数据的键值对，且所述键值对包括原始数据的哈希值和该哈希值在区块链上的存储地址，其中，所述原始数据为对应于所述目标数据的数据；

接收数据审计端返回的响应结果，其中，所述响应结果包括：第一预设信息或者第二预设信息。

在本发明的一些实施例中，在将所述哈希值发送至区块链时，所述方法还包括：

获取原始数据端获取原始数据时的时间戳，并将所述时间戳发送至区块链，以使区块链将该哈希值与时间戳存储在区块链的最新区块上。

在本发明的一些实施例中，将所述时间戳发送至区块链步骤，包括：

将哈希值与时间戳进行拼接，得到拼接后的结果；

将拼接后的结果发送至区块链；

所述区块链将该哈希值与时间戳存储在区块链的最新区块上，包括：

区块链将拼接后的结果存储在区块链的最新区块上。

在本发明的一些实施例中，将交易体系的输入和输出以及交易细节完全隐藏起来采用区块链供应链交易隐藏静态监管系统监管，所述系统包括：

核心企业节点设备，用于基于核心企业承诺给一级供应商的应付款及所述核心企业选取的随机数确定符合EI Gamal承诺的验证参数，并基于所述随机数利用哈希函数生成非交互式零知识证明参数，对包括所述验证参数及所述非交互式零知识证明参数的交易数据进行签名并上传至区块链供应链平台；

一级供应商节点设备，用于利用所述区块链供应链平台接收所述交易数据并基于所述非交互式零知识证明参数对所述验证参数进行验证；

监管机构节点设备，用于从所述区块链供应链平台上获取所述交易数据中的验证参数，并基于所述验证参数确定所述应付款以实现对所述应付款的监管；

所述区块链供应链平台，用于存储所述交易数据。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：重新设计了区块链结构和各类底层协议，使得对隐私保护的图灵完备智能合约成为现实，不仅使更广泛的应用场景获得了隐私保护措施，并且因为其采用的先进的NIZK（全球首个通过非交互式零知识证明）加密学算法，也进一步提升了对用户隐私数据的攻击难度。

具体实施方式

下面对本发明做进一步说明：

本发明所述方法包括以下内容：

在智能合约中执行的动作序列，通过网络传播和/或记录在区块链上，是公开可见的；在图灵完备的区块链网络中，系统的设计，在满足系统能力需求的同时，还必须满足以下基本原则：

不可追踪性，区块链网络中的每一笔交易都具有输入和输出，构建了一个交易的有向无环图，在这个图上可以跟踪所有的交易流向，所有的交易序列都能被串联起来，并以此溯源；设计中要将两个交易之间的链接断开，使攻击无法进行；

不可关联性，区块链网络中每个用户都有自己的收款地址，一旦这个地址跟真实的用户身份关联，那么，在网络中这个地址发生的所有交易，都能关联到这个身份上，该地址一切的行为都暴露无疑；即使用户可以创建新的假名公钥以增加其匿名性，每个假名公钥的所有交易和余额的值都是公开可见的；通过加密技术手段使收款地址无法被关联；

抗统计分析，真实用户的行为具有统计特点，如果区块链网络中的交易数据之间具有反应这样统计特点的关联性，通过对区块链数据的统计分析，就能够一定几率推测出这些地址发生的交易是属于某个特定用户的行为；即使是采用环签名，在面临有作恶的环成员或者节点的时候，抵抗统计分析的能力将会下降；需要通过技术手段将地址以及地址之间的关系完全隐藏；

实用性原则，在对交易数据进行隐藏的同时，并不会将所有的信息都纳入范围内，会兼顾用户已有的使用习惯和痛点，进行阶段性研发。

所述设计方法的设计方案如下：

通过非交互零知识证明(NIZK)，将交易体系的输入和输出以及交易细节完全隐藏起来，除了交易双方，其他任何人对这些隐藏细节完全是不可见的，考虑到线上运行智能合约以及公开合约发行资产总数具有普适性的适用性，会保留链上运行的智能合约，将智能合约所产生的资产与本身的交易体系融合，以此来实现智能合约所产生资产的隐私性；

对于具有隐藏合约发行资产总数的需求，将在线上运行智能合约内部提供一种名为隐匿数据的隐藏结构，同时只在链下对这种隐匿数据进行计算；以此来实现隐藏合约发行资产总数的功能；

采用更为先进的共识机制，提升网络的吞吐量；对于具有隐藏合约内部计算规则的需求，将合约的运行分解为线下计算和线上验证两个步骤，线下计算完全了解运算规则和数据，并给出运算后的加密结果，当这个结果提交到线上时，线上节点只会对结果进行有效性验证，以确定其中包含的数据是否符合运算规则，但节点并不知道这些数据和运算规则的详细信息。

在本发明的一些实施例中，所述的线上验证应用数据验证系统进行验证，数据验证系统包括原始数据端、区块链网络、数据验证端以及数据审计端，所述方法包括：

原始数据端针对原始数据端中的原始数据，获取所述原始数据的哈希值，并将所述哈希值发送至区块链；

区块链网络接收针对原始数据的哈希值，将该哈希值存储在区块链的最新区块上；

数据审计端获取针对原始数据的哈希值；将所述哈希值作为主键，获取该哈希值在区块链上的存储地址并将该存储地址作为值，生成对应于所述原始数据的键值对；

数据验证端根据对应于原始数据的目标数据，获取所述目标数据的哈希值；将所述哈希值编码至查询请求中，并将所述查询请求发送至数据审计端；

数据审计端接收数据验证端发送的数据查询请求，根据所述查询请求，判断是否能够获取与所述查询请求中的哈希值匹配的键值对；若是，向数据验证端发送第一预设信息，其中，所述第一预设信息包括：与所述查询请求中的哈希值匹配的键值对中的存储地址；若否，向数据验证端发送第二预设信息，其中，所述第二预设信息包括：空值；所述数据审计端中存储有对应于目标数据的键值对，且所述键值对包括原始数据的哈希值和该哈希值在区块链上的存储地址，其中，所述原始数据为对应于所述目标数据的数据；

接收数据审计端返回的响应结果，其中，所述响应结果包括：第一预设信息或者第二预设信息。

在本发明的一些实施例中，在将所述哈希值发送至区块链时，所述方法还包括：

获取原始数据端获取原始数据时的时间戳，并将所述时间戳发送至区块链，以使区块链将该哈希值与时间戳存储在区块链的最新区块上。

在本发明的一些实施例中，将所述时间戳发送至区块链步骤，包括：

将哈希值与时间戳进行拼接，得到拼接后的结果；

将拼接后的结果发送至区块链；

所述区块链将该哈希值与时间戳存储在区块链的最新区块上，包括：

区块链将拼接后的结果存储在区块链的最新区块上。

在本发明的一些实施例中，将交易体系的输入和输出以及交易细节完全隐藏起来采用区块链供应链交易隐藏静态监管系统监管，所述系统包括：

核心企业节点设备，用于基于核心企业承诺给一级供应商的应付款及所述核心企业选取的随机数确定符合EI Gamal承诺的验证参数，并基于所述随机数利用哈希函数生成非交互式零知识证明参数，对包括所述验证参数及所述非交互式零知识证明参数的交易数据进行签名并上传至区块链供应链平台；

一级供应商节点设备，用于利用所述区块链供应链平台接收所述交易数据并基于所述非交互式零知识证明参数对所述验证参数进行验证；

监管机构节点设备，用于从所述区块链供应链平台上获取所述交易数据中的验证参数，并基于所述验证参数确定所述应付款以实现对所述应付款的监管；

所述区块链供应链平台，用于存储所述交易数据。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种区块链的设计方法，其特征在于，所述方法包括以下内容：

在智能合约中执行的动作序列，通过网络传播和/或记录在区块链上，是公开可见的；在图灵完备的区块链网络中，系统的设计，在满足系统能力需求的同时，还必须满足以下基本原则：

不可追踪性，区块链网络中的每一笔交易都具有输入和输出，构建了一个交易的有向无环图，在这个图上可以跟踪所有的交易流向，所有的交易序列都能被串联起来，并以此溯源；设计中要将两个交易之间的链接断开，使攻击无法进行；

不可关联性，区块链网络中每个用户都有自己的收款地址，一旦这个地址跟真实的用户身份关联，那么，在网络中这个地址发生的所有交易，都能关联到这个身份上，该地址一切的行为都暴露无疑；即使用户可以创建新的假名公钥以增加其匿名性，每个假名公钥的所有交易和余额的值都是公开可见的；通过加密技术手段使收款地址无法被关联；

抗统计分析，真实用户的行为具有统计特点，如果区块链网络中的交易数据之间具有反应这样统计特点的关联性，通过对区块链数据的统计分析，就能够一定几率推测出这些地址发生的交易是属于某个特定用户的行为；即使是采用环签名，在面临有作恶的环成员或者节点的时候，抵抗统计分析的能力将会下降；需要通过技术手段将地址以及地址之间的关系完全隐藏；

实用性原则，在对交易数据进行隐藏的同时，并不会将所有的信息都纳入范围内，会兼顾用户已有的使用习惯和痛点，进行阶段性研发。

2.根据权利要求1所述的一种区块链的设计方法，其特征在于，所述设计方法的设计方案如下：

通过非交互零知识证明(NIZK)，将交易体系的输入和输出以及交易细节完全隐藏起来，除了交易双方，其他任何人对这些隐藏细节完全是不可见的，考虑到线上运行智能合约以及公开合约发行资产总数具有普适性的适用性，会保留链上运行的智能合约，将智能合约所产生的资产与本身的交易体系融合，以此来实现智能合约所产生资产的隐私性；

对于具有隐藏合约发行资产总数的需求，将在线上运行智能合约内部提供一种名为隐匿数据的隐藏结构，同时只在链下对这种隐匿数据进行计算；以此来实现隐藏合约发行资产总数的功能；

采用更为先进的共识机制，提升网络的吞吐量；对于具有隐藏合约内部计算规则的需求，将合约的运行分解为线下计算和线上验证两个步骤，线下计算完全了解运算规则和数据，并给出运算后的加密结果，当这个结果提交到线上时，线上节点只会对结果进行有效性验证，以确定其中包含的数据是否符合运算规则，但节点并不知道这些数据和运算规则的详细信息。

3.根据权利要求2所述的一种区块链的设计方法，其特征在于，所述的线上验证应用数据验证系统进行验证，数据验证系统包括原始数据端、区块链网络、数据验证端以及数据审计端，所述方法包括：

原始数据端针对原始数据端中的原始数据，获取所述原始数据的哈希值，并将所述哈希值发送至区块链；

区块链网络接收针对原始数据的哈希值，将该哈希值存储在区块链的最新区块上；

数据审计端获取针对原始数据的哈希值；将所述哈希值作为主键，获取该哈希值在区块链上的存储地址并将该存储地址作为值，生成对应于所述原始数据的键值对；

数据验证端根据对应于原始数据的目标数据，获取所述目标数据的哈希值；将所述哈希值编码至查询请求中，并将所述查询请求发送至数据审计端；

数据审计端接收数据验证端发送的数据查询请求，根据所述查询请求，判断是否能够获取与所述查询请求中的哈希值匹配的键值对；若是，向数据验证端发送第一预设信息，其中，所述第一预设信息包括：与所述查询请求中的哈希值匹配的键值对中的存储地址；若否，向数据验证端发送第二预设信息，其中，所述第二预设信息包括：空值；所述数据审计端中存储有对应于目标数据的键值对，且所述键值对包括原始数据的哈希值和该哈希值在区块链上的存储地址，其中，所述原始数据为对应于所述目标数据的数据；

接收数据审计端返回的响应结果，其中，所述响应结果包括：第一预设信息或者第二预设信息。

4.根据权利要求3所述的一种区块链的设计方法，其特征在于，在将所述哈希值发送至区块链时，所述方法还包括：

获取原始数据端获取原始数据时的时间戳，并将所述时间戳发送至区块链，以使区块链将该哈希值与时间戳存储在区块链的最新区块上。

5.根据权利要求3所述的一种区块链的设计方法，其特征在于，将所述时间戳发送至区块链步骤，包括：

将哈希值与时间戳进行拼接，得到拼接后的结果；

将拼接后的结果发送至区块链；

所述区块链将该哈希值与时间戳存储在区块链的最新区块上，包括：

区块链将拼接后的结果存储在区块链的最新区块上。

6.根据权利要求1所述的一种区块链的设计方法，其特征在于，将交易体系的输入和输出以及交易细节完全隐藏起来采用区块链供应链交易隐藏静态监管系统监管，所述系统包括：

核心企业节点设备，用于基于核心企业承诺给一级供应商的应付款及所述核心企业选取的随机数确定符合EI Gamal承诺的验证参数，并基于所述随机数利用哈希函数生成非交互式零知识证明参数，对包括所述验证参数及所述非交互式零知识证明参数的交易数据进行签名并上传至区块链供应链平台；

一级供应商节点设备，用于利用所述区块链供应链平台接收所述交易数据并基于所述非交互式零知识证明参数对所述验证参数进行验证；

监管机构节点设备，用于从所述区块链供应链平台上获取所述交易数据中的验证参数，并基于所述验证参数确定所述应付款以实现对所述应付款的监管；

所述区块链供应链平台，用于存储所述交易数据。